Memoria Cabezal

TNM TECHNOLOGY AND MANAGEMENT LTD.

CONSORCIO SAN JOSÉ

DE MIRANDA

ESTUDIOS Y DISEÑOS, GESTIÓN SOCIAL, PREDIAL, AMBIENTAL

Y MEJORAMIENTO DEL PROYECTO “TRONCAL CENTRAL DEL NORTE”

VOLUMEN VIII – ESTUDIO ESTRUCTURAL PARA EL

DISEÑO DE PUENTES

MEMORIA DE CÁLCULO CABEZAL – ALCANTARILLA TUBULAR φ=0.9m.

ENERO DE 2010

TNM, 07/01/10,

Modificar de acuerdo al volumen correspondiente para cada especialidad.

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TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN 4

2. ASPECTOS GENERALES 4

2.1 GEOMETRIA - SECCION TIPO. 4

3. DESCRIPCIONES PARTICULARES. 6

3.1 METODOLOGÍA A UTILIZAR. 6

3.1.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CÁLCULO EMPLEADO. 6

CÁLCULO ESTRUCTURAL DEL PÓRTICO CON MODELO DE PÓRTICO PLANO. 6

DIMENSIONAMIENTO DE LA ARMADURA DE FLEXIÓN Y CORTANTE. 6

3.1.2 ACCIONES CONSIDERADAS. 6

ACCIONES 6

3.1.3 COEFICIENTES DE COMBINACIÓN DE CARGAS 7

3.1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES 8

3.1.5 NORMATIVA EMPLEADA 8

3.1.6 MODELO DE CÁLCULO 8

3.2 RESULTADOS 9

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS. 10

4.1.1 DISEÑO A FLEXION. 10

4.1.2 DISEÑO A CORTANTE. 11

TABLA DE FIGURAS.

Figura 1.Planta Encole - Descole...............................................................................................4


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Figura 2. Alzado Encole – Descole.............................................................................................5

Figura 3. Sección Encole - Descole............................................................................................5

Figura 4. Sección Típica - Modelo de Cálculo Encole - Descole.................................................8

Figura 5. Empuje de relleno en hastiales..................................................................................9

Figura 6. Sobrecarga en hastiales.............................................................................................9

Figura 7. Structure - MY; ELU....................................................................................................9

Figura 8. Structure - FZ; Cases: ELU.......................................................................................10

Figura 9. Structure Kz..............................................................................................................10

LISTADO DE TABLAS.

Tabla 1. Combinaciones de Carga y Factores de carga. Tomado de Tabla 3.4.1-1 (AASHTO – LRFD)..................................................................................................................................8

Tabla 2. Factores de carga para cargas permanentes. Tomado de Tabla 3.4.1-2 (AASHTO – LRFD)..................................................................................................................................9

Tabla 3. Diseño a Flexión.........................................................................................................12

Tabla 4. Diseño a Cortante.......................................................................................................13

Memoria de cálculo Cabezal Alcantarilla Tubular Ф=0.90m - Versión 0ESTUDIOS Y DISEÑOS, GESTIÓN SOCIAL, PREDIAL, AMBIENTAL Y

MEJORAMIENTO DEL PROYECTO “TRONCAL CENTRAL DEL NORTE”Página 3 de 11

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1. INTRODUCCIÓN

En esta memoria se presenta el diseño estructural de los cabezales de entrada y salida para la alcantarilla tubular simple de diámetro φ = 0.9 m, conformados por dos aletas de altura máxima h = 1.50 m con ángulos de esviaje derecho e izquierdo de 45°, unidas por una solera con ancho máximo de B = 5.10 m, el espesor de cada uno de los elementos es 0.20 m.

2. ASPECTOS GENERALES

2.1 GEOMETRIA - SECCION TIPO.

Las siguientes figuras corresponden a la configuración geométrica típica de las obras de drenaje:

Figura 1.Planta Encole - Descole.


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Figura 2. Alzado Encole – Descole.

Figura 3. Sección Encole - Descole.




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3. DESCRIPCIONES PARTICULARES.

3.1 METODOLOGÍA A UTILIZAR.

3.1.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CÁLCULO EMPLEADO.

Cálculo estructural del pórtico con modelo de pórtico plano.

El esquema estático adoptado es el de una estructura reticular de plano medio, contemplando para el cálculo 3 movimientos en cada nudo (2 desplazamientos y giro a flexión). Los distintos elementos de la estructura (hastíales y solera) se han discretizado mediante elementos rectos de sección rectangular, canto constante y ancho unitario. Todos los esfuerzos se dan por unidad de ancho (p.m.).

El cálculo se ha realizado con el programa ROBOT MILLENUM. El programa de cálculo de estructuras ROBOT MILLENIUM ha sido desarrollado por la empresa francesa ROBOBAT y la versión empleada en el presente proyecto es la 20.0 sobre WINDOWS. El programa tiene una estructura modular que permite abordar el cálculo de estructuras espaciales o planas (estático, dinámico o no lineal geométrico), el dimensionamiento automático de perfiles metálicos, de elementos lineales de hormigón, etc.

Los cálculos realizados son todos del tipo elástico y lineal, como es habitual en proyectos de estructuras de hormigón. Las cargas consideradas se describen en el apartado correspondiente de la presente memoria y se han introducido como cargas uniformemente repartidas o puntuales sobre las barras. El programa permite la combinación manual o automática de las cargas para considerar las distintas combinaciones exigidas por la normativa vigente.

Dimensionamiento de la armadura de flexión y cortante .

El dimensionamiento de las armaduras de flexión y cortante de losas y hastíales se realiza con los criterios establecidos por “AASHTO LFRD Bridge Design Specifications”.

Se ha calculado las armaduras de secciones rectangulares sometidas a flexión para el conjunto de elementos (barras del modelo de pórtico plano) que constituyen la estructura y para todas aquellas hipótesis o combinaciones de cálculo que se hayan contemplado en el análisis estructural de acuerdo con los criterios de la normativa vigente.

3.1.2 ACCIONES CONSIDERADAS.

AccionesEn el cálculo de los elementos estructurales se han considerado las siguientes acciones:

Cargas permanentes:

Peso propio. El peso propio de los distintos elementos se ha calculado a partir de su geometría (secciones transversales) adoptando una densidad de valor c =2.5 T/m3.

Peso del terreno. Carga y empuje de las tierras en estribos, con una densidad 1.8 T/m3 y un ángulo de

rozamiento interno de 30º (con presiones horizontales correspondientes a un empuje con coeficiente variable entre Ko= 0,50 empuje al reposo y 0,33 empuje activo).




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Sobrecargas:

Sobrecarga uniforme de 1,0 T/m2 en el terraplén.

3.1.3 COEFICIENTES DE COMBINACIÓN DE CARGAS

En las tablas 1 y 2 aparecen los factores de carga utilizados para estado límite de servicio y estado límite de resistencia.

Load Combination

DC DD DW

LL IM CE

WA WS WL FR TU CR SH

TG SE Use One of These at a Time

Limit State EH EV ES

BR PL LS

EQ IC CT CV

Strength I gp 1.75 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - -

Strength II gp 1.35 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - -

Strength III gp - 1.00 1.40 - 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - -

Strength IV EH, EV, ES, DW, and DC ONLY

gp 1.5 - 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 - - - - - -

Strength V gp 1.35 1.00 0.40 0.40 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - -

Extreme Event I gp gEQ 1.00 - - 1.00 - - 1.00 - - -

Extreme Event II gp 0.50 1.00 - - 1.00 - - - 1.00 1.00 1.00

Service I 1.00 1.00 1.00 0.30 0.30 1.00 1.00/1.20 gTG gSE - - - -

Service II 1.00 1.30 1.00 - - 1.00 1.00/1.20 - - - - - -

Service III 1.00 0.80 1.00 - - 1.00 1.00/1.20 gTG gSE - - - -

Fatigue - 0.75 - - - - - - - - - - -

Tabla 1. Combinaciones de Carga y Factores de carga. Tomado de Tabla 3.4.1-1 (AASHTO – LRFD).




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Type of Load Load Factor

Maximum Minimum

DC: Component and Attachments 1.25 0.90

DD: Down drag 1.80 0.45

DW: Wearing Surface and Utilities 1.50 0.65

EH: Horizontal Earth Pressure Active Rest

1.50

1.35

0.90

0.90

EV: Vertical Earth Pressure Overall Stability Retaining Structure Rigid Buried Structure Rigid Frames Flexible Buried Structures Flexible Metal Box Culverts

1.35 1.35 1.30 1.35 1.95 1.50

N/A 1.00 0.90 0.90 0.90 0.90

ES: Earth Surcharge 1.50 0.75

Tabla 2. Factores de carga para cargas permanentes. Tomado de Tabla 3.4.1-2 (AASHTO – LRFD).

3.1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Concretos:

Aletas - Solera 28.0 MPa

Concreto de limpieza 14.5 Mpa

Acero:

Acero fy= 420 MPa

3.1.5 NORMATIVA EMPLEADA

American Association of State Highway and Transportation Officials, Load and Resistance Factor Design, Bridge Design Specifications, 1998 Edition (AASHTO LFRD 1998)

1999 and 2000 Interim AASHTO LFRD Bridge Design Specifications AASHTO LFRD Bridge Construction Specifications Bridge Design Practice Manual – State Of California – Department Of Transportation

CALTRANS.




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3.1.6 MODELO DE CÁLCULO

A continuación se muestra de forma representativa la sección del cabezal que fue modelado teniendo en cuenta el ancho y las alturas efectivas de los muros que fueron dispuestos. El modelo aplica para el diseño tanto del encole como del descole según la conformación de la estructura.

Figura 4. Sección Típica - Modelo de Cálculo Encole - Descole.

Figura 5. Empuje de relleno en hastiales.

Figura 6. Sobrecarga en hastiales.

3.2 RESULTADOS

A continuación se presentan las envolventes utilizadas para el diseño estructural de los elementos.




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Figura 7. Structure - MY; ELU.

Figura 8. Structure - FZ; Cases: ELU.

Figura 9. Structure Kz.

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS.

4.1.1 DISEÑO A FLEXION.

En la siguiente tabla aparecen los valores máximos de las envolventes utilizados en el diseño a flexión para cada uno de los cajones y el refuerzo requerido en cada caso.




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Ф 0.9Фv 0.85f`c (MPa) 28fy (MPa) 420

M+ M- M- M+Sección 1 2 5 6h (m) 0.20 0.20 0.20 0.20b (m) 1.00 1.00 1.00 1.00d' (m) 0.05 0.05 0.05 0.05d (m) 0.15 0.15 0.15 0.15Mu (KN m) 0.00 6.07 6.07 3.86Mr (KN m) 22.22 22.22 22.22 22.22ρ1 (1.0Mu) 0.00000 0.00072 0.00072 0.00046ρ2 (1.2Mr) 0.00323 0.00323 0.00323 0.00323ρ 0.00000 0.00096 0.00096 0.00061As (cm2/m) 0.00 1.44 1.44 0.91s (m) 0.20 0.20 0.20 0.20Barra No. 3 3 3 3

HASTIALES SOLERA

Tabla 3. Diseño a Flexión.

4.1.2 DISEÑO A CORTANTE.

De acuerdo con “AASHTO LFRD Bridge Design Specifications”, estas secciones diseñadas a flexión se consideran satisfactorias a cortante, y se verifica en la siguiente tabla:

M+ M- M- M+HASTIALES SOLERA

Vu (KN) 0.00 11.61 8.20 8.20Mu (KN*m) 0.00 6.07 6.07 3.86Vu (N) 0 11610 8200 8200Mu (N*mm) 0 6070000 6070000 3860000de (mm) 150 150 150 150b (mm) 1000 1000 1000 1000As (mm2) 350 350 350 350Vu*de/Mu 0.00 0.29 0.20 0.32N° Celdas 1 1 1 1ФVc (KN) 0.00 122.82 122.02 123.12ФVc mín (KN) 168.67 168.67 168.67 168.67Vn (KN) 168.67 168.67 168.67 168.67

CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

Tabla 4. Diseño a Cortante.



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